用于高溫膨脹性和滲透性測定儀的壓力室的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于高放射性廢物地質(zhì)處置實驗研究領(lǐng)域，具體涉及一種用于高溫膨脹性和滲透性測定儀的壓力室。目的是解決現(xiàn)有壓力室體積、重量大，操作不方便等不足。該壓力室包括底座、位于底座上方的上蓋、位于底座與上蓋之間的試樣環(huán)、以及位于上蓋上方的不銹鋼活塞；底座下部側(cè)面設(shè)有與進水管接頭相連的進水孔道；樣品環(huán)中空，內(nèi)置試驗樣品，試驗樣品上面放置金屬透水板，金屬透水板頂部高度與樣品環(huán)高度平齊；上蓋底部有圓形凹槽，罩在樣品環(huán)上；上蓋中部有圓柱形孔，不銹鋼活塞插入孔內(nèi)且下端與試驗樣品上方的金屬透水板接觸。該壓力室實現(xiàn)了輕量化設(shè)計，便于精確測量膨脹力。
【專利說明】用于高溫膨脹性和滲透性測定儀的壓力室
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于高放射性廢物地質(zhì)處置實驗研究領(lǐng)域，具體涉及一種用于高溫膨脹性和滲透性測定儀的壓力室。
【背景技術(shù)】
[0002]我國的高放射性核廢物擬采用多重屏障(地質(zhì)介質(zhì)屬于天然屏障，廢物體、包裝容器和緩沖回填材料等屬于工程屏障)深地質(zhì)處置的方式進行處置。緩沖材料作為處置庫中多重屏障系統(tǒng)的重要組成部分，是填充在廢物罐和地質(zhì)體之間的最后一道人工屏障，起著工程屏障、水力學(xué)屏障、化學(xué)屏障、傳導(dǎo)和散失放射性廢物衰變熱等重要作用，是地質(zhì)處置庫安全性和穩(wěn)定性的有效保障。通過國內(nèi)外近年來的研究，以蒙脫石為主要成分的膨潤土被認(rèn)為是高放廢物處置庫最合適的緩沖回填材料。處置庫圍巖中的地下水在高壓地下水流的作用下向處置庫內(nèi)發(fā)生滲透，膨潤土遇水吸濕導(dǎo)致土體膨脹變形，形成阻障圍巖中地下水快速滲入處置庫內(nèi)而引起核素遷移與輻射擴散的人工屏障。因此，研究膨潤土在各種條件尤其是高溫、高水壓條件下的膨脹、滲透等性能具有重要意義。
[0003]微機控制高溫膨脹性和滲透性測定儀(中國專利ZL200920154214.9)用于研究不同溫度、不同進水壓力、不同排氣條件和不同壓實密度膨潤土的膨脹力和滲透系數(shù)，實現(xiàn)了膨脹力測定和滲透系數(shù)測定的一體化，全自動控制，溫度、水壓控制范圍大，穩(wěn)定性好。但在使用過程中發(fā)現(xiàn)該設(shè)備的壓力室存在一些缺點:體積、重量大，操作不方便；密封方式摩擦力大，不能精確測量膨脹力；出水結(jié)構(gòu)不合理等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于高溫膨脹性和滲透性測定儀的壓力室。
[0005]實現(xiàn)本實用新型目的的技術(shù)方案為:
[0006]一種用于高溫膨脹性和滲透性測定儀的壓力室，其特征在于:包括底座、位于底座上方的上蓋、位于底座與上蓋之間的試樣環(huán)、以及位于上蓋上方的不銹鋼活塞；所述底座下部側(cè)面設(shè)有與進水管接頭相連的進水孔道；所述底座上部中間設(shè)有兩個圓形凹槽，大凹槽放置樣品環(huán)，小凹槽內(nèi)放置一個金屬透水板，所述金屬透水板置于所述進水孔道上方；所述樣品環(huán)中空，內(nèi)置試驗樣品，所述試驗樣品上面放置一個金屬透水板，所述金屬透水板頂部高度與樣品環(huán)高度平齊；所述上蓋底部有圓形凹槽，罩在樣品環(huán)上；所述上蓋中部有圓柱形孔，不銹鋼活塞插入孔內(nèi)且下端與試驗樣品上方的金屬透水板接觸。
[0007]如上所述的一種用于高溫膨脹性和滲透性測定儀的壓力室，其中:所述不銹鋼活塞中部直徑比下部大，中部突出部分與上蓋之間設(shè)有密封圈。
[0008]如上所述的一種用于高溫膨脹性和滲透性測定儀的壓力室，其中:所述不銹鋼活塞上套有壓力傳感器，所述壓力傳感器通過螺栓與上蓋緊固，且壓力傳感器底部感應(yīng)面與不銹鋼活塞中部突出部分接觸。[0009]如上所述的一種用于高溫膨脹性和滲透性測定儀的壓力室，其中:所述不銹鋼活塞底部和側(cè)壁設(shè)有孔，底部孔與側(cè)壁孔相通，側(cè)壁孔與上蓋內(nèi)的出水孔道相通，所述出水孔道整體向下傾斜。
[0010]如上所述的一種用于高溫膨脹性和滲透性測定儀的壓力室，其中:所述不銹鋼活塞的底部孔頂端與溫濕度傳感器孔相通，溫濕度傳感器孔內(nèi)設(shè)有溫濕度傳感器，且溫濕度傳感器孔位于出水孔道上方。
[0011]如上所述的一種用于高溫膨脹性和滲透性測定儀的壓力室，其中:所述樣品環(huán)底面與底座接觸處以及樣品環(huán)頂面與上蓋接觸處各設(shè)有一個O型的密封圈，密封圈采用氟橡膠。
[0012]如上所述的一種用于高溫膨脹性和滲透性測定儀的壓力室，其中:所述底座與上蓋通過螺栓緊固，所述進水管接頭與進水系統(tǒng)相連。
[0013]本實用新型的效果在于:其實現(xiàn)了輕量化設(shè)計，采用新的密封方式和緊固方式，并改進了壓力傳感器和溫濕度傳感器的位置及工作方式。具體如下:
[0014](I)本實用新型所述的一種用于高溫膨脹性和滲透性測定儀的壓力室，使用螺栓緊固的方式代替了螺旋緊固，并且壓力室主體由底座、壓力室體、上蓋三部分變?yōu)榈鬃蜕仙w兩部分，使壓力室的體積和重量都大幅減小，操作簡單方便。
[0015](2)改進了壓力傳感器的固定方式，將原來隱藏在上蓋內(nèi)部的壓力傳感器通過螺栓固定于上蓋頂部，在壓力傳感器損壞或需要標(biāo)定、檢定時，方便拆裝。
[0016](3)高溫膨脹性和滲透性測定儀的壓力室通過擠緊活塞與活塞孔壁之間的密封圈實現(xiàn)活塞與上蓋間的密封，試樣的膨脹力需要克服密封圈與上蓋活塞孔壁之間的摩擦力后才能由活塞傳遞給壓力傳感器，這不僅造成了膨脹力測量的不準(zhǔn)確，同時也無法記錄到試驗初期試樣膨脹力較小時的發(fā)展曲線。本實用新型所述的壓力室，改進了不銹鋼活塞的設(shè)計，用活塞壓緊密封圈的方式實現(xiàn)活塞與上蓋間的密封，消除了密封圈與上蓋活塞孔壁之間的磨擦力，實現(xiàn)了膨脹力的精確測量，并且能夠得到膨脹力發(fā)展的全過程曲線。
[0017](4)現(xiàn)有高溫膨脹性和滲透性測定儀的壓力室內(nèi)溫濕度傳感器孔與出水孔道位于壓力室的兩側(cè)，傾斜對置設(shè)計，下部開口都貼近試樣，滲透到試樣上表面的水需要填充滿這兩個孔后才能流出壓力室，進入出水測量系統(tǒng)，這不僅造成無法精確測量出水量，而且使溫濕度傳感器長期浸泡在液態(tài)水中，失去測定溫濕度的功能。本實用新型所述的壓力室出水孔道位于溫濕度傳感器孔的下方并與其連通，在不影響溫濕度測量的同時避免了水流向溫濕度傳感器孔分流，使出水量測量更加準(zhǔn)確，并確保溫濕度傳感器不接觸液態(tài)水。
[0018](5)同樣是為了準(zhǔn)確測定出水量，本實用新型所述的壓力室出水孔道向下傾斜，滲出試樣上表面的液態(tài)水能夠盡快通過出水孔道進入出測量系統(tǒng)，有利于準(zhǔn)確測量出水量和評估試樣的飽和狀態(tài)，這在對滲透系數(shù)極低的高壓實膨潤土樣品進行試驗時尤為重要。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型提供的一種用于高溫膨脹性和滲透性測定儀的壓力室的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本實用新型提供的一種用于高溫膨脹性和滲透性測定儀的壓力室的工作示意圖；[0021]圖中:1.底座；2.試樣環(huán)；3.不銹鋼活塞；4.上蓋；5.進水孔道；6.進水管接頭；
7.金屬透水板；8.試驗樣品；9.密封圈；10.大螺栓；12.壓力傳感器；13.小螺栓；14.出水孔道；15.溫濕度傳感器；16.出水測量裝置；17.進水系統(tǒng)；18.電機。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型提供的一種用于高溫膨脹性和滲透性測定儀的壓力室作進一步描述。
[0023]如圖1所示，一種用于高溫膨脹性和滲透性測定儀的壓力室，主體部分包括底座
1、位于底座I上方的上蓋4、位于底座I與上蓋4之間的試樣環(huán)2、以及位于上蓋4上方的不銹鋼活塞3，這些組成部分采用剛度大、耐腐蝕的不銹鋼制成。底座I下部側(cè)面設(shè)有進水孔道5，進水孔道5與進水管接頭6相連，進水管接頭6用于連接進水系統(tǒng)17 ;底座I上部中間有兩個圓形凹槽，大凹槽放置樣品環(huán)2，小凹槽內(nèi)放置一個金屬透水板7，該金屬透水板7置于進水孔道5上方；樣品環(huán)2中空，用于放置試驗樣品8，試驗樣品8上面放置一個金屬透水板7，金屬透水板7頂部高度與樣品環(huán)2高度平齊，樣品環(huán)2的底面和頂面各有一個O型的密封圈9，分別與底座I和上蓋4接觸；密封圈9采用氟橡膠制作，耐高溫，彈性好，能夠承受一定的擠壓變形，防止水從樣品環(huán)2與底座I和上蓋4的縫隙中流出；底座I與上蓋4通過大螺栓10緊固，上蓋4底部有圓形凹槽，罩在樣品環(huán)2上；上蓋4中部有圓柱形孔，不銹鋼活塞3插入該圓柱形孔內(nèi)且下端與金屬透水板7接觸；不銹鋼活塞3中部直徑比下部大，通過中部突出部分壓緊密封圈9，實現(xiàn)不銹鋼活塞3與上蓋4之間的密封；壓力傳感器12套在不銹鋼活塞3上，通過小螺栓13與上蓋4緊固，其底部感應(yīng)面與不銹鋼活塞3中部突出部分接觸；不銹鋼活塞3底部和側(cè)壁設(shè)有孔，底部孔與側(cè)壁孔相通，側(cè)壁孔與上蓋4內(nèi)出水孔道14相通，出水孔道14整體向下傾斜；不銹鋼活塞3底部孔頂端與溫濕度傳感器孔相通，溫濕度傳感器孔用于安裝溫濕度傳感器15 ;溫濕度傳感器孔位于出水孔道14上方。
[0024]圖2為用于高溫膨脹性和滲透性測定儀的壓力室的工作示意圖，具體實施的操作步驟為:首先，壓制土樣，在試樣干密度和直徑已定的情況下，稱取定質(zhì)量的土以獲得高度為IOmm的試驗樣品8，稱好的土放入試樣環(huán)2內(nèi)，使用特制的模具，在壓力機上壓制成型。將試樣環(huán)2放入底座I的凹槽內(nèi)，選擇合適高度的金屬透水板7放置在試驗樣品8上方，使金屬透水板7上表面與試樣環(huán)2上表面平齊。試樣環(huán)2上下表面各放一個氟橡膠O型的密封圈9。使用大螺栓10緊固底座I和上蓋4，壓緊試樣環(huán)2上下表面的密封圈9，防止水從試樣環(huán)2與底座I和上蓋4的縫隙流出。將不銹鋼活塞3插入上蓋4的活塞孔，不銹鋼活塞3中部突出部分的下方放置一個密封圈9，將壓力傳感器12套在不銹鋼活塞3上，用小螺栓13將壓力傳感器12擰緊，壓力傳感器12的感應(yīng)面接觸不銹鋼活塞3上表面，同時壓緊密封圈9，防止透過試驗樣品8的水從不銹鋼活塞3與上蓋4的縫隙中流出。將溫濕度傳感器15插入溫濕度傳感器孔，壓力室安裝完成。將壓力室放入溫控系統(tǒng)，通過進水管接頭6連接進水系統(tǒng)17，出水管接頭連接出水測量裝置16，開始試驗。試驗開始時，將溫控系統(tǒng)設(shè)定為某一恒定溫度，通過電機18給進水系統(tǒng)17施加IMPa的水壓力向壓力室注入試驗用水。試樣環(huán)2中的試驗樣品8遇水開始膨脹，擠壓不銹鋼活塞3，將膨脹力傳遞給壓力傳感器12。待通過溫濕度傳感器15記錄的試驗樣品8上表面的濕度達到98%以上，并且出水測量裝置16已收集和記錄到穩(wěn)定的出水量時，可認(rèn)為試驗樣品8飽和。通過一定時間間隔內(nèi)滲流過試驗樣品8橫斷面的進水量，根據(jù)達西定律計算試樣的飽和滲透系數(shù)；然后，調(diào)節(jié)溫控系統(tǒng)升高溫度，獲得另一溫度條件下試樣的最大膨脹力和飽和滲透系數(shù)。與微機控制高溫膨脹性和滲透性測定儀(中國專利ZL200920154214.9)中的壓力室相比較，該實用新型所述的改進型壓力室改進了不銹鋼活塞3的設(shè)計，用不銹鋼活塞3壓緊密封圈9的方式實現(xiàn)活塞3與上蓋4間的密封，消除了密封圈9與上蓋4活塞孔壁之間的摩擦力，實現(xiàn)了膨脹力的精確測量；出水孔道14位于溫濕度傳感器孔的下方并與其連通，在不影響溫濕度測量的同時避免了水流向溫濕度傳感器孔分流，使出水量測量更加準(zhǔn)確，并確保溫濕度傳感器15不接觸液態(tài)水；出水孔道14向下傾斜，滲出試驗樣品8上表面的液態(tài)水能夠盡快通過出水孔道14進入出水測量裝置16，有利于準(zhǔn)確測量出水量和評估試樣的飽和狀態(tài)，這在對滲透系數(shù)極低的高壓實膨潤土樣品進行試驗時尤為重要。
【權(quán)利要求】
1.一種用于高溫膨脹性和滲透性測定儀的壓力室，其特征在于:包括底座(I)、位于底座(I)上方的上蓋(4)、位于底座(I)與上蓋(4)之間的試樣環(huán)(2)、以及位于上蓋(4)上方的不銹鋼活塞(3);所述底座(I)下部側(cè)面設(shè)有與進水管接頭(6)相連的進水孔道(5);所述底座(I)上部中間設(shè)有兩個圓形凹槽，大凹槽放置樣品環(huán)(2 )，小凹槽內(nèi)放置一個金屬透水板(7)，所述金屬透水板(7)置于所述進水孔道(5)上方；所述樣品環(huán)(2)中空，內(nèi)置試驗樣品(8)，所述試驗樣品(8)上面放置一個金屬透水板(7)，所述金屬透水板(7)頂部高度與樣品環(huán)(2)高度平齊；所述上蓋(4)底部有圓形凹槽，罩在樣品環(huán)(2)上；所述上蓋(4)中部有圓柱形孔，不銹鋼活塞(3)插入孔內(nèi)且下端與試驗樣品(8)上方的金屬透水板(7)接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高溫膨脹性和滲透性測定儀的壓力室，其特征在于:所述不銹鋼活塞(3)中部直徑比下部大，中部突出部分與上蓋(4)之間設(shè)有密封圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于高溫膨脹性和滲透性測定儀的壓力室，其特征在于:所述不銹鋼活塞(3)上套有壓力傳感器(12)，所述壓力傳感器(12)通過螺栓與上蓋(4)緊固，且壓力傳感器(12)底部感應(yīng)面與不銹鋼活塞(3)中部突出部分接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于高溫膨脹性和滲透性測定儀的壓力室，其特征在于:所述不銹鋼活塞(3)底部和側(cè)壁設(shè)有孔，底部孔與側(cè)壁孔相通，側(cè)壁孔與上蓋(4)內(nèi)的出水孔道(14)相通，所述出水孔道(14)整體向下傾斜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高溫膨脹性和滲透性測定儀的壓力室，其特征在于:所述不銹鋼活塞(3)的底部孔頂端與溫濕度傳感器孔相通，溫濕度傳感器孔內(nèi)設(shè)有溫濕度傳感器(15)，且溫濕度傳感器孔位于出水孔道(14)上方?！?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高溫膨脹性和滲透性測定儀的壓力室，其特征在于:所述樣品環(huán)(2)底面與底座(I)接觸處以及樣品環(huán)(2)頂面與上蓋(4)接觸處各設(shè)有一個O型的密封圈,密封圈采用氟橡膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高溫膨脹性和滲透性測定儀的壓力室，其特征在于:所述底座(I)與上蓋(4)通過螺栓緊固，所述進水管接頭(6)與進水系統(tǒng)(17)相連。
【文檔編號】G01N33/24GK203502409SQ201320659675
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】謝敬禮, 劉月妙, 宗自華, 曹勝飛, 趙星光, 馬利科, 馬超 申請人:核工業(yè)北京地質(zhì)研究院